니켈합금 분리막의 경제성에 안정성을 더하기 위한 연구에 초점
[매일일보 오범택 기자] 올해 초 정부가 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 발표한 가운데, 한국서부발전(이하 서부발전)이 서울대학교(에너지시스템공학부 정은혜 교수, 이하 서울대)와 손잡고 고순도 수소 생산기술 개발에 나섰다.
26일 서부발전에 따르면 천연가스 복합발전 수준의 친환경성과 수소의 대량생산 가능성으로 주목을 받고 있는 석탄가스화복합발전(이하 태안 IGCC)을 활용, 여기서 생산된 합성가스로부터 고순도 수소를 분리 및 정제할 수 있는 ‘고성능 분리막 제조기술 연구개발’에 착수한다고 밝혔다.
IGCC(Integrated Coal Gasification Combined Cycle)는 국내 유일의 300㎿급 신개념 석탄가스화 복합발전설비로서 전 세계적으로 7번째이다.
서부발전과 서울대가 이번에 개발을 진행 중인 고성능 분리막은 니켈 합금막으로, 현재 국내·외에서 많이 연구되고 있는 팔라듐 합금막 대비 경제성에 월등히 높다.
2019년 5월 기준, ㎏당 $46,680인 팔라듐 대비 $12인 니켈이 $46,668이나 저렴하기 때문에 니콀 합금막의 안전성만 확보된다면 경제적인 측면에서는 비교가 불가능한 수준이다.
합금막의 안정성은 크게 화학적 안정성(부식, 화학 반응)과 물리적 안정성(수소 취성, 물리적 손상)으로 나눌 수 있다. 물리적 안정성에 영향을 주는 요소들은 수소, 분진이 있고, 화학적 안정성에 영향을 주는 요소들은 황화수소와 같은 산성가스와 수분이다.
태안 IGCC로부터 만들어지는 합성가스는 고온 및 고압 등 여러 가지 요소가 복합적으로 작용하는 조건에서 생산되며, 화학적 안정성에 영향을 미치는 황화수소와 암모니아 등의 산성가스가 미량 혼합되어 있는 것으로 확인된다.
이에 서부발전과 서울대 공동 연구진이 니켈 합금막의 안전성 향상에 초점을 두고 연구를 진행한다.
양 기관은 현재 안정성에 영향을 미치는 각 인자와 분리막 간의 상호작용과 합금 분리막의 최적 조성·제조 방식에 대한 연구를 통해 수소의 생산성 향상에 중점을 두고 있다. 물론, 실제 합성가스를 대상으로 한 공정 적용 가능성에 대한 평가 역시 진행 중이다.
서부발전 김병숙 사장은 “국내 유일의 IGCC에서 생산된 합성가스를 활용하여 수소생산 연계기술을 지속적으로 개발해 나갈 것”이라며 “관련 사업화 추진으로 고순도 수소생산 등 수소관련 신사업 분야 성장 기반을 지속적으로 구축해 나갈 계획이다.”라고 향후 계획을 밝혔다.
한편, 서부발전은 지난해 6월, ‘합성가스 정제 연료전지용 수소생산기술’을 활용, 순도 99.99%의 수소 생산에 성공한 바 있으며, 올해 9월 100kW급 연료전지와 연계해 전력생산시험을 진행한 후 2025년까지 10MW까지 확대할 예정이다. 또한, ‘해양 미생물 이용 수소생산 기술’을 활용, 2025년까지 연간 1,000톤 규모의 수소 생산을 목표로 올해 3월, 연간 300톤 용량의 실증설비를 짓는 공사에 착수한 바 있다.
